Co Katkılarının Zno in Mikroyapı ve İletkenlik Özelliklerine Etkileri

Benzer belgeler
ÇİNKO KATKILI ANTİBAKTERİYEL ÖZELLİKTE HİDROKSİAPATİT ÜRETİMİ VE KARAKTERİZASYONU

HYDROTERMAL YÖNTEMİYLE NİKEL FERRİT NANOPARTİKÜLLERİN SENTEZİ VE KARAKTERİZASYONU

Yrd. Doç. Dr. Şeniz R. KUŞHAN AKIN EĞİTİM Doktora, Yüksek Lisans, Lisans, İŞ TECRÜBESİ Yrd. Doç. Dr., Bilimsel Programlar Başuzmanı,

Faz ( denge) diyagramları

KROM KATKILI ALUMİNANIN ENJEKSİYON KALIPLAMA İLE ŞEKİLLENDİRİLMESİ

Paslanmaz Çelik Gövde. Yalıtım Sargısı. Katalizör Yüzey Tabakası. Egzoz Emisyonları: Su Karbondioksit Azot

ELEKTROLİTİK TOZ ÜRETİM TEKNİKLERİ. Prof.Dr.Muzaffer ZEREN

Yüzüncü Yıl Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi/ Journal of The Institute of Natural & Applied Sciences 17 (1):6-12, 2012

ELKTRİK AMAÇLI ALUMİNYUM KULLANIMI

NANO KURġUN ÜRETĠMĠ VE KARAKTERĠZASYONU

TiC-Co Esaslı Çizici Kalem Karakterizasyonu

Enerji Band Diyagramları

THE PRODUCTION OF AA5049 ALLOY SHEETS BY TWIN ROLL CASTING

şeklinde, katı ( ) fazın ağırlık oranı ise; şeklinde hesaplanır.

Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Sol-jel Prosesleri Ders Notları

Toz Metalurjisi Yöntemi ile Üretilen Al-Si/B 4 C Kompozit Malzemenin Mikroyapı ve Mekanik Özelliklerinin Araştırılması

THE EFFECT OF SINTERING PERIOD ON THE WEAR RESISTANCE OF AlMgSi-SiC P COMPOSITES PRODUCED BY POWDER METALLURGY METHOD

Magnezyum-Yitriyum-Florür Katkı Sistemiyle Silisyum Nitrür Tozlarının Sinterlenmesi

OPTİK MALZEMELER ARAŞTIRMA GRUBU. Metal Oksit Nano Parçacıkların 3. dereceden Doğrusal Olmayan Optik Özellikleri. Tuğçe YİĞİT

1,3-bis-(p-iminobenzoik asit)indan Langmuir-Blodgett filmlerinin karakterizasyonu ve organik buhar duyarlılığı

Sb 2 Te 3 ve Bi 2 Te 3 İÇERİKLİ YARI İLETKEN ALAŞIMLARIN ÜRETİMİ ve TERMOELEKTRİK, YAPISAL, MİKROYAPISAL ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ ÖZET

GRANÜL BOYUT DAĞILIMININ GRANİT KARO ÜRÜN ÖZELLİKLERİNE ETKİSİ. Z.Bayer 1,3, N.Ay 1, N.Erginel 2

Kristalizasyon Kinetiği

Yrd. Doç. Dr. Şeniz R. KUŞHAN AKIN EĞİTİM Doktora, Yüksek Lisans, Lisans, İŞ TECRÜBESİ Yrd. Doç. Dr., Bilimsel Programlar Başuzmanı,

MİKRODALGA YÖNTEMİYLE NİKEL FERRİT NANOPARTİKÜLLERİN SENTEZİ VE KARAKTERİZASYONU

ASC (ANDALUZİT, SİLİSYUM KARBÜR) VE AZS (ANDALUZİT, ZİRKON, SİLİSYUM KARBÜR) MALZEMELERİN ALKALİ VE AŞINMA DİRENÇLERİNİN İNCELENMESİ

KARBON AEROJEL ÜRETİMİ VE KARAKTERİZASYONU

Çift Fazlı Paslanmaz Çeliklerde Yaşlandırma Koşullarının Mikroyapı Özellikleri Üzerindeki Etkisinin İncelenmesi

TEKNOLOJĐK ARAŞTIRMALAR

Halil Karakoç a, Hanifi Çinici b,ramazan Çıtak c

HİDROKSİAPATİT NANOPARÇACIKLARININ SENTEZİ

TiO 2 KATKILI ALUMİNA ÜRETİMİ-ENJEKSİYON KALIPLAMA

MMM291 MALZEME BİLİMİ

YENİ BİR İLETKEN POLİMER: POLİ(3,8 DİAMİNOBENZO[c]SİNNOLİN) ELEKTROKİMYASAL ÜRETİMİ VE ELEKTROKROMİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ

MALZEME BİLGİSİ DERS 7 DR. FATİH AY.

Danışman: Yard. Doç. Dr. Metin Özgül

Cu ALAŞIMI YÜZEYİNE KAPLANAN ZrO 2 +Y 2 O 3 /Al 2 O 3 TABAKALARIN MİKROYAPI VE YÜZEY PÜRÜZLÜLÜĞÜ

TOZ METALURJİSİ Prof.Dr. Muzaffer ZEREN

TOZ MALZEME TEKNOLOJİSİ-10. Yrd. Doç. Dr. Nuray Canikoğlu

CALLİSTER FAZ DİYAGRAMLARI ve Demir-Karbon Diyagramı

Kompozit Malzemeler Metal Matrisli Kompozitler

Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi

Chapter 9: Faz Diyagramları

KOBALT KATKILI ZnO İNCE FİLMLERİN OPTİK ÖZELLİKLERİ. OPTICAL PROPERTIES OF Co DOPED ZnO THIN FILMS

POLİÜRETAN NANO-KOMPOZİT SENTEZİNDE KULLANILMAK ÜZERE NANO-BÖHMİT ÜRETİMİ VE İŞLEVSELLEŞTİRİLMESİ

Fe Cu Co Sn Matrisli Elmaslı Kesici Takımlara Ti ilavesinin Etkisi E. Çelik 1, M. Kaplan 2 ve S. İnci 3

ANİZOTROPİ. Schmid s Tek kristle uygulandığında:

EAG 04. KCl ÇÖZELTİSİNİN METASTABİL BÖLGE GENİŞLİĞİNİN KNO 3 KATKISI VARLIĞINDA ULTRASONİK SENSÖRLE ÖLÇÜLEBİLİRLİLİĞİNİN İNCELENMESİ

Toz Metalurjik Malzemeler Yrd. Doç. Dr. Rıdvan YAMANOĞLU

Mg Eş-Katkılı Zn0.95Li0.05O Nanoparçacıkların Sentezi ve Karakterizasyonu

FAZ DİYAGRAMLARI ve DÖNÜŞÜMLERİ HOŞGELDİNİZ

Tozların Şekillendirilmesi ve Sinterleme. Yrd. Doç. Dr. Rıdvan YAMANOĞLU

Malzeme Bilgisi Prof. Dr. Akgün ALSARAN. Mekanizma ve etkileyen faktörler Difüzyon

DOĞAL YOLLARLA ISI ÜRETEN TERMOS

Borlama İşleminde Kullanılan Bor Tozu Tane Boyutunun Kaplama Tabakası Üzerine Etkisi

ATMALI FİLTRELİ KATODİK VAKUM ARK DEPOLAMA YÖNTEMİYLE ÇİNKO NİTRÜR (Zn 3 N 2 ) ÜRETİMİ VE OPTİKSEL ÖZELLİKLERİ *

Toz Metalurjisi Yöntemiyle Elektrik Kontak Malzemesi Üretimi ve Kontak Performansının Araştırılması

Co-Cr-Mo Esaslı Alaşımın Özelliklerine Bazı Metallerin Etkisinin İncelenmesi

Faz dönüşümleri: mikroyapı oluşumu, faz dönüşüm kinetiği

THERMAL SPRAY KAPLAMA

TÜBİTAK-BİDEB Lise Öğretmenleri (Fizik, Kimya, Biyoloji ve Matematik) Proje Danışmanlığı Eğitimi Çalıştayı LİSE-2 (ÇALIŞTAY 2012) SUYUN DANSI

FOSFİN METAL KOMPLEKSLERİNİN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ * The Physical Properties Of Phosphine Metal Complexes *

Boya eklenmesi Kısmen karışma Homojenleşme

BMM 205 Malzeme Biliminin Temelleri

TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR

A.Ü. GAMA MYO. Elektrik ve Enerji Bölümü GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ 3. HAFTA

SOLAREX İSTANBUL Güneş Enerjisi & Teknolojileri Fuarı

ELLINGHAM DİYAGRAMLARI

Malzeme muayene metodları

Farklı Karıştırma Teknikleri ve Başlangıç Maddelerinden Sentezlenmiş Hidroksiapatit Tozunun Özelliklerinin İncelenmesi

Bölüm 4: X-IŞINLARI DİFRAKSİYONU İLE KANTİTATİF ANALİZ

maddelere saf maddeler denir

YAPISAL SERAMİK MALZEME TEKNOLOJİSİ 1 MTM 545

Alüminyum Köpük Üretiminde Ön Sinterleme ve Köpürtme Sıcaklığının Etkisi

Döküm Prensipleri. Yard.Doç.Dr. Derya Dışpınar. İstanbul Üniversitesi

DENEY 6 TUNGSTEN FİTİLLİ AMPUL VE YARIİLETKEN DİYOT

Kendiliğinden Yerleşen Mimari Betonlarda Pigment Katkısının Etkileri

KÜKÜRT DİOKSİT GAZI İLE ÜLEKSİT TEN BORİK ASİT ÜRETİMİ

Doç.Dr.Vildan BiLGiN. Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi - Fizik Bölümü

S. SÖNMEZ a, F.M. EMEN b, A. EGE c, E. EKDAL d, K. OCAKOĞLU e, T. KARALI d, N. KÜLCÜ a

Alüminyum Test Eğitim ve Araştırma Merkezi. Mart 2017

YAPISAL SERAMİK MALZEME TEKNOLOJİSİ-5

PV PANELLERİN YAPISI VE PANELLERDEN ELEKTRİK ÜRETİMİNE SICAKLIĞIN ETKİSİ

Çorum Yöresi Tuğla Topraklarındaki Çözünebilir Alkali Tuzların Olumsuz Etkilerinin BaCO 3 ve SrCO 3 ile Giderilmesi

İLERİ YAPI MALZEMELERİ-2 MALZEME ÖZELLİKLERİ

T.C. AKSARAY ÜNİVERSİTESİ BİLİMSEL VE TEKNOLOJİK UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ (ASÜBTAM)

Al-7Si-0,3Mg Alaşımında Soğuma Hızının Poroziteye Etkisi

İstatistiksel Mekanik I

KOMPOZİT MALZEMELERİN TERMAL ANALİZİ

Mert KILINÇ, Göknur BAYRAM. Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, 06531, ANKARA ÖZET

STOKİYOMETRİ. Kimyasal Tepkimelerde Kütle İlişkisi

Nanolif Üretimi ve Uygulamaları

BİR ZA ALAŞIMI DÖKÜMDE YAŞLANDIRMA İŞLEMİNİN MİKROYAPI VE FAZ DÖNÜŞÜMLERİNE ETKİLERİ

FAZ DİYAGRAMLARI ve DÖNÜŞÜMLERİ HOŞGELDİNİZ

BOR KATKILI HİDROKSİAPATİT ÜRETİMİ VE KARAKTERİZASYONU

TERMOKİMYASAL YÜZEY KAPLAMA (BORLAMA)

SOL-JEL YÖNTEMİYLE ALÜMİNA-ZİRKONYA-SİLİKA (AZS) KOMPOZİT MALZEME ÜRETİMİ

ERCİYES ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ FİZİK ANABİLİM DALI

FOTOVOLTAIK HÜCRELERIN YAPıSı VE ÇALıŞMA PRENSIPLERI DOĞRUDAN ELEKTRIK ÜRETIMI

Transkript:

6 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 11), 16-18 May 2011, Elazığ, Turkey Co Katkılarının Zno in Mikroyapı ve İletkenlik Özelliklerine Etkileri M.Kaplan 1, Ö. Çelik 2 ve S. Budak 3 1 Fırat Üniversitesi, Elazığ/Türkiye, mkaplan@firat.edu.tr 2 Tunceli Üniversitesi, Tunceli/Türkiye, omercelik@tunceli.edu.tr 3 Gümüşhane Üniversitesi, Gümüşhane/Türkiye, sbudak@gumushane.edu.tr The Effects of Co Additions on the Microstructure and Conductivity Properties of Zno Abstract In this study, the various amounts of Co has been added to the ZnO and then investigated electrical conductivity, microstructure properties and changing temperature conditions of the material. For this purpose, varying in rate ZnO Co(NO 3 ) 2.6H2O specimens were produced by means of mechanical alloying. Samples, the contribution of cobalt and zinc oxide, sintering temperatures in order to determine how it affects the properties of the microstructure and conductivity scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD) investigations and temperature-dependent electrical conductivity measurement was carried out. Keywords Çinko oksit (ZnO), kobalt (Co), sinterleme, iletkenlik, yarıiletkenlik. Z I. GİRİŞ no'in kristal yapısı içerisinde çinko (Zn) ve oksijen (O) atomları vardır. ZnO, hexagonal wurtzide kristal yapıda olup yarıiletkenlik özelliği gösterir. ZnO 'in kafes boşlukları içine yabancı atomlar girdiğinde kristal yapısı içinde değişmeler görülür. Katkılanan maddeler ile uyum sağlayan ZnO 'e istenen ve gerekli miktarlarda katkılanma yapılmasıyla elektriksel özellikleri artırılmaktadır. Örneğin ZnO ile alüminyumun uyum sağladığı, kristal yapısının değiştiği ve iletkenliğinin arttığı yapılan çalışmalar sonucunda görülmüştür. ZnO'in kullanım alanları: akustik dalga cihazları, kimyasal sensörler, iletkenlik elektrotları, güneş pilleri ve fotoelektrik cihazlar, ısı aynaları, düz panelli diyotlar ve mikro cihazlardır. Bunun yanısıra ZnO televizyon tüpleri, floresan lambaları için fosfor üretiminde yarıiletken olarak kullanılır. ZnO ile gaz sensörleri, kimyasal ve biyolojik sensörler de yapılmakla birlikte yeni elektriksel ve yarıiletkenlerin üretiminde önemli bir yere sahiptir [1,2]. Bu konuda yapılan çalışmaların hemen hemen tümünde ZnO, saf metaller ile düşük oranlarda ve özel yöntemlerle katkılandırılarak kullanılmıştır. Örneğin, Han ve arkadaşları [3], düşük oranlardaki Mn ve Al katkılarının ZnO in elektriksel özelliklerine etkilerini incelemişlerdir. Çalışmalarında, yüksek saflıktaki ZnO tozunu alüminyum nitrat hidrat (Al(NO)3.9H2O) etanol bazlı çözeltisine katarak metal katkılı çinko oksit karışımı elde etmişler ve daha sonra bu karışımı presleyip sinterleyerek yeni yarıiletken malzemeler üretmişlerdir. Bu malzemelerin deneysel incelemelerinde; alüminyum katkılarının çinko oksitin iletkenlik özelliklerini iyileştirdiğini ve çinko oksitle birlikte yarıiletken katkısı olarak kullanılabileceğini; manganez katkıları yapılmış ve sinterleme sıcaklıklarından hızla soğutulmuş numunelerin elektrik iletkenliklerinin artan manganez içeriğiyle azalma gösterdiği, ancak numunelerin yine de yarıiletkenlik özelliklerini koruduklarını göstermiştir. Alüminyum katkıları, çinko oksitin yarıiletkenlik özelliğini düzenli olarak değiştirirken, manganez katkıları iletim direncini iyice yükseltmekte ve buna bağlı olarak iletkenliği azaltmaktadır [3]. Straumal ve arkadaşları [4] yaptıkları, ZnO in Tane Sınırının Küçülmesiyle, Kobalt Çözünürlüğünün Artması başlıklı çalışmalarında; 10 nm büyüklüğünde, nano boyutlu tanelere sahip, atom yüzdesi % 0 ile % 52 arasında değişen kobalt içerikli ZnO filmlerini, yeni sıvı seramik yöntemiyle senteze tabi tutmuşlardır. Kobaltın 550 ºC deki çözünebilirlik limiti belirlenmiştir. Hu ve Gong [5], Fosfor Katkılı Çinko Oksidin Özelliklerine, Kaplanan Malzemenin Sıcaklığının Beklenmedik Etkileri başlıklı çalışmalarında; fosfor katkılı çinko oksitte elektrik iletkenliğinin ana malzemedeki sıcaklığın dağılımına bağlı olarak değiştiğini belirlemişlerdir. Çalışmada hiç beklenmedik bir şekilde, n tipi iletkenlik 200 ºC, 250 ºC ve 300 ºC lerde tutulan numunelerde görülürken; p tipi iletkenliğe sadece oda sıcaklığında tutulan numunelerde rastlanılmıştır. Wang ve arkadaşları [6] yaptıkları, Zirkonyum Katkılı Çinko Oksidin Yapı, Optik ve Elektrik Özelliklerinin Teorik İncelenmesi başlıklı çalışmalarında; kafes sisteminde çinko atomlarının yerine tamamen zirkonyum atomlarının geçmesi, bazı çinko atomlarının yerini zirkonyum atomlarının alması ve nihayet zirkonyumun oksijen atomlarının yerine geçmesi şeklinde olmak üzere üç farklı oluşum üzerinde durmuşlardır. Yukarıda da ifade edildiği gibi ZnO ile yapılan çok sayıda çalışma mevcuttur. Yaygın olarak çalışılan bir malzeme olmasına rağmen, hala farklı metallerle katkılama yapılarak ZnO esaslı yeni malzemelerin üretilmesine devam edilmektedir. Bu çalışmada, farklı oranlarda Co ile 189

M. Kaplan, Ö. Çelik, S. Budak katkılandırılan ZnO in mikro yapı ve elektriksel özelliklerinin geliştirilmesi esas alınmıştır. Co katkılı üründen preslenmiş ZnO numuneler belirli sıcaklıklarda sinterleme işlemine tabi tutulmuş ve daha sonra bu numunelerin iletkenlikleri ölçülerek Co ın ZnO in iletkenlik özelliklerine etkileri deneysel olarak araştırılmıştır. II. MATERYAL VE YÖNTEM Çalışmada, saflığı % 99,9 ve toz tane büyüklüğü 0.27 µm olan çinko oksit (ZnO), kobalt nitrat Co(NO 3 ) 2.6H 2 O ile düşük oranda katkılandırılarak iki farklı Co içeriğinde numune hazırlanmış ve bu numunelerin kompozisyonları ve uygulanan sinterleme sıcaklıkları ile yüzde bileşimleri Tablo 1 de verilmiştir. Tablo 1: Üretilen ZnO numunelerinin kompozisyonları ve uygulanan sinterleme işlemleri. Bileşim (Ağ. %) Sinterleme Sinterleme Numune Numune Sıcaklığı Süresi No Adı ZnO Co ( C) (Saat) (Katkı) 1 A1 Gerisi 0,06 900 3 2 A2 Gerisi 0,06 1100 3 3 A3 Gerisi 0,06 1300 3 4 B1 Gerisi 0,6 900 3 5 B2 Gerisi 0,6 1100 3 6 B3 Gerisi 0,6 1300 3 sıcaklıklarda kobalt nitrat bünyesindeki NO 2 ve oksijen yapıdan termal yoldan ayrışarak kobalt oksitlere (CoO/Co3O4) dönüşmektedir ve 900 C nin üzerinde kobalt monoksite (CoO) geçişir [7,8]. Çinko oksit (ZnO) ve yüksek sıcaklıklarda oluşan kobalt oksitler (CoO/Co 3 O 4 ) sinterlenerek birbirine bağlanmıştır. Numunelerin, yukarıda belirtilen sıcaklıklarda fırında bekletilme süreleri üç saat olarak seçilmiştir. İşlem sonrasında numuneler normal atmosfer koşullarında soğumaya bırakılmıştır. Numunelerin mikroyapı özellikleri ile sinterleme işlemlerinin yapılmasında ne ölçüde başarılı olunduğunu belirlemek amacıyla, taramalı elektron mikroskop çalışmaları yapılmıştır. Ayrıca ZnO in Co ile katkılandırılma işlemlerinin tam olarak yapılıp yapılamadığını anlayabilmek amacıyla da noktasal analiz (EDX) işlemleri gerçekleştirilmiştir. Sinterleme sıcaklıklarının farklı Co içerikli ZnO numunelerin faz dönüşümlerine etkisini belirlemek amacıyla X-ışını kırınımı incelemeleri yapılmıştır. Aynı şekilde kobalt katkısının ve sıcaklık değişiminin iletkenliğe etkisini incelemek amacıyla sıcaklığa bağlı iletkenlik ölçümleri yapılmıştır. Doğru akımla yapılan iletkenlik ölçümleri için Keithly 6517A Electrometer cihazı kullanılmıştır. Bu cihaz; sıcaklık kontrol cihazı, elektrometre, bilgisayar ve çeşitli elektronik aygıtlardan oluşmaktadır. Elektrometreye bağlı iki elektrot arasına kalınlıkları ölçülerek bırakılan numuneler 5V DC gerilim altında elektrikli bir fırın yardımıyla 150 C ye kadar ısıtıldı. Sıcaklığa bağlı olarak değişen iletkenlik değerleri bilgisayar ortamında kaydedildi. Alınan bu değerlerden her numune için ayrı ayrı lnσ 1000/T grafikleri çizilmiştir. A Çinko Oksitin Kobalt ile Katkılandırılması III. SONUÇLAR VE TARTIŞMA Çinko oksidin (ZnO) kobalt nitrat [Co(NO3)2.6H2O] ile katkılandırılma işlemi fiziksel karıştırma yöntemiyle yapılmıştır. Bunun için yapısında 6 mol hidrat suyu bulunduran kobalt nitrat tuzu etanolde çözülerek kullanılmıştır. ZnO e ilave edilecek kobalt metali tuzu reaksiyon balonuna konmuş ve bir reaksiyon düzeneği hazırlanmıştır. Daha sonra bunun üzerine ZnO katılmış ve üzerine biraz daha etanol ilave edilerek karışım çamurumsu bir kıvama getirilmiş ve homojenleştirmek için, karışım bir ısıtmalı karıştırıcı (hotplate stirrer) ile altı saat süreyle reflaksa tabi tutulmuş ve daha sonra süzülerek kurutulmuştur. A Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve EDS Sonuçları Deneysel çalışmalarda kullanılan % 0,06 kobalt katkılı ve üç saat sinterlenmiş ZnO numunelerin SEM resmi Şekil 1 ve EDS analiz sonuçları da Şekil 2 de verilmiştir. Bu SEM resminden, sinterleme işleminin başarılı olduğu ve karışımı oluşturan tanelerin birbirlerine bağlandıkları görülmektedir. Ayrıca bazı küçük tanelerin yer yer birbirleriyle birleşerek daha büyük tanelere dönüştüğü anlaşılmaktadır. B Kobalt Katkılı Çinko Oksidin Sinterlenmesi ZnO in kobalt ile katkılandırılma işlemi tamamlandıktan sonra toz halindeki karışımın kompakt hale getirilebilmesi için, karışım bir metal kalıp içerisine doldurulmuş ve 200 MPa basınç altında sıkıştırılarak 10 mm çapında ve yaklaşık 1-2 mm kalınlığında silindirik numuneler haline getirilmiştir. Tablo 2.1 de belirtilen iki farklı kobalt nitrat içerikli numunenin her birinden değişik sinterleme sıcaklıklarında kullanılmak üzere üçer adet üretilmiştir. Kobalt nitrat katkılı çinko oksidin sinterleme işlemleri normal atmosfer şartlarında ve 900, 1100 ve 1300 C gibi üç farklı sıcaklıkta yapılmıştır. Bu işlem sırasında 180 C yi aşan 190

Co Katkılarının Zno in Mikroyapı ve İletkenlik Özelliklerine Etkileri Şekil 1: 900 o C de sinterlenmiş A1 numunesinin SEM EDS resimleri. 900 C de sinterlenmiş numunenin SEM fotoğrafında açık ve koyu renkli birleşik tanelerin noktasal analizleri incelendiğinde; açık renkli tanelerin (O noktası) çinko ve kobaltça fakir taneler oldukları (bu noktalarda metallere bağlı oksijen içeriklerinin yüksek olduğu), koyu renkli tanelerin ise hem çinko ve hem de kobalt içeriği bakımından daha yüksek oranda metal içerdiği (bu noktalarda metallere bağlı oksijen içeriğinin azaldığı), yani çinko oksitli tanelerle kobalt oksitli taneler arasında yeterli bağ homojenliğinin tam olarak sağlanamadığı sonucuna varılmıştır. Şekil 3: 1100 C de sinterlenmiş A2 numunesinin EDS resmi. Şekil 4: 1100 C de sinterlenmiş A2 numunesinin EDS resim ve analiz sonuçları. Şekil 2: 900 de sinterlenmiş A1 numunesinin EDS analiz sonuçları. Şekil 3 ve 4 de A2 numunesinin EDS resim ve analiz sonuçları verilmiştir. 1100 ºC de sinterlenmiş A2 numunesinin EDS fotoğrafında yine açık ve koyu renkli tanelerin noktasal analizleri incelendiğinde; hem açık renkli tanelerin (1 noktası) ve hem de koyu renkli tanelerin (0 noktası) çinko, kobalt ve oksijen içeriği açısından yaklaşık olarak tüm kesitte değişmediğini, yani çinko oksitli tanelerle kobalt oksitli taneler arasında yeterli bir homojen boyun sağlandığı sonucuna varılmıştır. Şekil 5 de 1300 C de sinterlenmiş A3 numunesinin EDS analiz sonucu görülmektedir. Şekil 5 de 1300 C de sinterlenmiş A3 numunesine ait bölgenin bütününden alınan EDS fotoğrafının kimyasal analizi incelendiğinde; bu bölgeden elde edilen analiz değerinin 1100 ºC de elde edilen noktasal analiz değerlerinden fazla farklı olmadığı, bu sıcaklıklarda artık tüm numunelerde homojen dağılımlı bir sinterleşmenin gerçekleştiği anlaşılmaktadır. ZnO e ağırlıkça % 0,6 kobalt nitrat katılarak üretilen karışımın normal koşullar altında 900 ºC de üç saat süreyle sinterlenmesi sonucunda elde edilen B1 numunesinin taramalı elektron mikroskobu resimi ve EDS analizleri Şekil 6 da verilmiştir. Şekillerden de anlaşılacağı gibi, tüm sıcaklıklarda ZnO taneleri düzgün dağılmış ve homojen bir mikroyapıya sahiptirler. Ancak taneler arasında belirli ölçülerde gözeneklerin varlığı devam etmektedir. Şekil 7 de verilen EDS analizinden, karışımda kobalt ve çinko oksitlerin bölge içerisinde yoğunlaşarak dengeli bir dağılım gösterdikleri, tüm sinterleme ürününde tanelerin birbirleriyle iyi kenetlenip bağlandıkları ve sinterleme sıcaklığı yüksek olduğu için yapıda tane irileşmesi olduğu dikkati çekmektedir. 191

M. Kaplan, Ö. Çelik, S. Budak Şekil 6: 900 o C de sinterlenmiş B1 numunesinin SEM resim ve EDS analiz sonucu. Şekil 5: 1300 C de sinterlenmiş A3 numunesinin EDS resim ve analiz sonucu. Şekil 7: 1100 C de sinterlenmiş B2 numunesinin EDS resim ve analiz sonucu. B X-Işınları İncelemeleri Şekil 8 de % 0,06 kobalt nitrat katkılı ZnO in 900, 1100 ve 1300 ºC de sinterlenmiş numunelerin XRD analizi sonuçları ve XRD piklerine denk gelen ZnO in oluşturduğu kafes düzlemlerine ait hkl Miller indis değerleri verilmiştir. Bu sonuçlardan da anlaşılacağı gibi farklı sıcaklıklarda yapılan sinterleme işlemlerinin numunelerde ilave faz ya da bileşiklerin oluşmasına neden olmadığı görülmektedir. Şekil 9 da 900, 1100 ve 1300 o C de sinterlenmiş % 0,60 kobalt nitrat katkılı ZnO lerin XRD analizi sonuçları görülmektedir. Grafikten, ZnO içerisindeki Co miktarının artmasıyla ve farklı sinterleme sıcaklıklarına göre bazı fazlara tekabül eden piklerin büyük piklerin etkisine girdiği düşünülmektedir. 192

ln s (S/cm) ln s (S / cm) Intensity (Counts) 2 1 0 2 0 0 1 1 2 2 0 1 0 0 4 2 0 2 1 1 0 1 0 3 2 0 0 1 0 3 ln s (S/cm) 2 0 1 Co Katkılarının Zno in Mikroyapı ve İletkenlik Özelliklerine Etkileri 1800 1600 o 0,06 Co ( 900 C ) o 0,06 Co ( 1100 C ) -8,5 1400 o 0,06 Co ( 1300 C ) 1200-10 1000 II I 800-11,5 600 400 200 0 2 12 22 32 42 52 62 72 82 92 Theta ( o ) -13 2,15 2,45 2,75 3,05 3,35-9,5 Şekil 8: % 0,06 kobalt katkılı, 900, 1100 ve 1300 ºC de sinterlenmiş ZnO in XRD analiz sonuçları. -11-12,5 III. Bölge I -14-15,5-9,2 2,3 2,6 2,9 3,2-10,2-11,2 I Şekil 9: % 0,6 kobalt katkılı, 900, 1100 ve 1300 ºC de sinterlenmiş ZnO in XRD analiz sonuçları. C Co Katkılı ZnO Numunelerin Sıcaklığa Bağlı İletkenlik Sonuçları Sinterleme sıcaklığının iletkenliğe etkisinin anlaşılabilmesi amacıyla % 0,06 kobalt nitrat katkılı 900, 1100 ve 1300 ºC lerde üç saat süreyle sinterlenen ZnO in 0-150 ºC' aralığında iletkenlik-sıcaklık grafikleri Şekil 10 a, b, c de verilmiştir. 900 o C de sinterleme işlemine tabi tutulan numunenin iletkenlik eğrisi üç lineer bölge göstermektedir. 1100 ºC de sinterleme işlemine tabi tutulan numunenin iletkenlik grafiği üç lineer bölge göstermektedir. 1300 ºC de sinterleme işlemine tabi tutulan numunenin grafiğini düşük ve yüksek sıcaklık bölgesi olmak üzere iki farklı bölge şeklinde inceleyebiliriz. Bu grafiğe göre numunenin iletkenliğinin düşük 900 ºC de sinterlenen numunenin aksine hızlı bir şekilde arttığı, yüksek sıcaklıklarda ise iletkenlikte daha az bir artışın olduğu görülmektedir. -12,2 2,3 2,6 2,9 3,2 (c) Şekil 10: % 0,06 kobalt katkılı numunelerin sıcaklığa bağlı iletkenlik sonuçları. Sinterleme sıcaklığının iletkenliğe etkisinin anlaşılabilmesi amacıyla % 0,6 kobalt nitrat katkılı 900, 1100 ve 1300 ºC lerde üç saat süreyle sinterlenen ZnO in 0-150 ºC aralığında ordinatı logaritmik (ln σ) nın ve apsisi 10 3 /T ye olacak şekilde çizilen iletkenlik grafikleri Şekil 11 a, b, c de görüldüğü gibidir. 900 ºC de sinterleme işlemine tabi tutulan numunenin grafiğini üç farklı bölge şeklinde incelemek mümkündür. Elde edilen grafiğe göre; numunenin iletkenliğinin düşük sıcaklıklarda hızlı bir şekilde arttığı, yüksek sıcaklıklarda ise iletkenlikte daha az bir artışın söz konusu olduğu görülmektedir. 1100 ºC de sinterleme işlemine tabi tutulan numunenin grafiği düşük, orta ve yüksek sıcaklık bölgesi olmak üzere iki farklı bölge şeklinde incelendiğinde, numunelerin iletkenliklerinin düşük sıcaklıklarda yavaş bir şekilde arttığı, orta ve yüksek sıcaklıklarda ise iletkenlikte daha yüksek bir artışın olduğu görülmektedir. 193

ln s (S/cm) ln s ( S/cm ) ln s (S / cm) M. Kaplan, Ö. Çelik, S. Budak -7,4-10,1-12,8 III. I -15,5 2,3 2,6 2,9 3,2 3,5-2,8-5,6-8,4-11,2-14 -9,2-10,4-11,6-12,8 II. bölge I. bölge 2,3 2,5 2,7 2,9 3,1 3,3 1000/T ( 1/K ) II I 2,3 2,6 2,9 3,2 (c) Şekil 11: % 0,6 kobalt katkılı numunelerin sıcaklığa bağlı iletkenlik sonuçları. 1300 ºC de sinterleme işlemine tabi tutulan numunenin grafiğini düşük, orta ve yüksek sıcaklık bölgesi olmak üzere üç farklı bölge şeklinde incelemek mümkündür. Elde edilen grafiğe göre, numunenin iletkenliğinin düşük 900 ºC de sinterlenen numunenin aksine hızlı bir şekilde arttığı, orta ve yüksek sıcaklıklarda ise iletkenlikte daha az bir artışın olduğu görülmektedir. D Genel Sonuçlar Yapılan SEM incelemelerinden, yüksek sinterleme sıcaklıklarının tüm numunelerde tane büyümesine sebep olduğu, çok az miktarda porozitenin var olduğu, ancak sinterleme sıcaklığının yükselmesine bağlı olarak bunun düştüğü tespit edilmiştir. Ayrıca düşük sıcaklıklarda yapılan sinterleme işleminin taneler arası bağlanma açısından iyi olmadığı ilgili SEM fotoğraflarından anlaşılmıştır. Noktasal analiz (EDS) çalışmalarından; genelde Co elementinin ZnO içerisinde homojen dağıldığı, ancak dağılımın bazı yerlerde homojen olmadığı ve küçük sapmaların bulunduğu, bunun da iletkenlikte bazı dengesizliklere sebep olabileceği düşünülmektedir. XRD incelemeleri, sinterleme ve Co katkılarının bütün ZnO+Co numunelerinde ZnO in aynı kristal kafes yapısını koruduğunu, ancak sadece pik boylarında değişmelere veya şiddet artışına yol açtığını ve sinterlenen numuneler içerisinde yeni sayılabilecek herhangi bir faz ya da bileşiğin oluşmadığını göstermiştir. Deney numuneleri için seçilen sinterleme süreleri hep aynı ve 3 er saat alınmış olmakla beraber, düşük sinterleme sıcaklıklarında sinterleme işleminin yetersiz kaldığı ve iletkenliğin de buna bağlı olarak düşük olduğu, yüksek sinterleme sıcaklıklarında ise, yeterli sinterlenmenin bir sonucu olarak iletkenliğin arttığı ve sabit bir değere kadar yükseldiği tespit edilmiştir. ZnO e katılan Co oranı artışına bağlı olarak genellikle numunelerde iletkenliğin de arttığı, ancak bazı numunelerde artmadığı görülmüş; bunun sebebinin taneler arasındaki tutunabilme kusurlarından kaynaklanabileceğine bağlanmaktadır. TEŞEKKÜR Bu çalışmanın yürütülmesinde 1590 nolu proje ile maddi destek sağlayan Fırat Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimine (FÜBAP) teşekkür etmeyi bir borç biliriz Kobalt katkılarının, çinko oksidin mikroyapı gelişimi ve elektriksel iletkenliğine etkisini belirlemek amacı ile yapılan bu çalışma ve araştırmalar sonucunda aşağıdaki bilgi, bulgu ve sonuçlara ulaşılmıştır. Sinterleme işleminin ZnO+Co toz taneciklerini homojen, bir şekilde birbirine bağladığı tespit edilmiştir. Hemen hemen tüm numunelerde, 900 ºC de yapılan sinterleme işlemlerinde tanelerin fazla büyümedikleri, taneler arası bağların daha zayıf olduğu, buna bağlı olarak sinterleme işleminin de sinterleme sıcaklığının düşüklüğü nedeniyle sinterlenmiş ürünün daha az mukavete sahip olduğu görülmüştür. KAYNAKLAR [1] D. R. Clarke, Varistor ceramics. J. Am. Ceram. Soc., 82, 1999. [2] J. L. Baptista, and P. Q. Mantas, High temperature characterisation of electrical barriers in ZnO varistors. J. Electroceram., 4, 215 224, 2000. [3] J. Han, P.Q. Mantas, and A.M.R. Senos, Effect of Al and Mn doping on the electrical conductivity of ZnO, Journal of European Ceramic Society 21, 1883-1886, 2001. [4] B.B. Straumal, A.A. Mazilkin, S.G. Protasova, Myatiev, A.A., P.B. Straumal, and Baretzky, B., Increase of Co solubility with decreasing grain size in ZnO, Acta Materialia xxx (2008) xxx xxx (in press). 2008. 194

Co Katkılarının Zno in Mikroyapı ve İletkenlik Özelliklerine Etkileri [5] G. Hu, and H., Gong, Unexpected influence of substrate temperature on the properties of P-doped ZnO, Acta Materialia 56, 18, 5066-5070, 2008. [6] F. Lv. M. Wang, Z. Pang, T. Yang, Y. Dai, and S. Han, Theoretical study of structural, optical and electrical properties of zirconium-doped zinc oxide, Applied Surface Science 254, 21, 6983-6986, 2008. [7] K. Dehnicke, and J.Strähle, Darstellung und Eigenschaften der Wasserfreien Nitrate von Mangan (II) und Kobalt (II), Chemische Berichte, Wiley Inter Science, 97, 5, 1502-1510, 2006. [8] H.F. Mark, J.J. McKetta, and D.F. Othmer, Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. 2. ed., Vol. 4, John Willey&Sons Inc., New York/London/Sydney, 740-741, 1973. 195